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作者:月亮棋牌    来源:未知    发布时间:2020-01-31 04:46    浏览量:
)主控芯片得到了越来越多的应用。当前MCU主控芯片一般都用NOR Flash作为片上系统,进行指令和数据存取,根据应用,用户可以对片上Flash的指定区域进行擦写。在工业电力控制的应用中,在线升级(In Applicaming,IAP)是一种常用的操作,意思是“在应用编程”,即在程序运行时,程序器可由程序自身进行擦写。具体来说,就是将片上Flash存储器分为bootloader(IAP)程序和USER APP程序两部分,当需要在线升级时,bootloader中的IAP程序通过外部通信接收数据,然后擦除和写入USER APP部分,同时写入更新标志,然后系统重新启动执行USER APP程序,达到在线升级的目的   通常有些主控芯片会要求IAP程序调用的Flash擦写程序要在SRAM中执行,IAP程序到USER APP程序跳转需要进行中断向量表重映射。擦写Flash USER APP程序区域过程中,要求CPU不能对Flash发起读操作,如果发生,则不能正确返回读取结果   本文给出了一种支持IAP流程的两片Flash拼接的Flash控制器方案,IAP程序直接在Flash执行,IAP程序到USER APP程序跳转提供一种快速方法,通过硬件直接完成地址映射。IAP程序执行过程中,CPU可以对Flash发起读指令操作,擦写结束能正确返回读结果   NOR Flash器件的操作分为读、写、扇区擦除、片擦除操作。时序图如图2~图5所示   Flash写时序,先拉高PROG信号,然后AE脉冲锁定地址,产生PROG2脉冲写入对应数据。PROG拉高持续时间是tHV,也就是说写入时间是用户自己控制的。根据tHV的时间不同,可写入的word个数也不同。本文只讨论单个word的写入   Flash扇区擦除时序,扇区擦除起始要用AE锁定扇区地址,拉起ERASE信号,执行擦除时序。ERASE时间由tERASE时间参数控制   Flash片擦除时序,擦除起始要用AE锁定任意地址,片擦除除了拉高ERASE信号,还要拉起CHIP信号。ERASE时间由tSCE时间参数控制   Flash控制器实现了CPU对Flash器件的读、写和擦除。支持CPU在Flash中执行程序的同时可以对Flash其他区域进行擦写。Flash支持在大于1 MHz的多种频率下能对Flash器件进行擦写   Flash控制器包含地址映射控制模块、SFR模块、状态机控制模块、时序转化模块。地址映射控制模块用于在线升级时对AHB访问地址进行映射;SFR模块用于Flash控制器的模式控制选择,配置和状态寄存器寄存等;状态机控制模块用于Flash控制器对各种模式的工作状态控制;时序转换模块用于根据状态机的当前状态来产生对应的Flash器件的时序   Flash控制器的状态机如图7所示,包含9个状态,INIT状态完成Flash上电启动,init_done之后进入READ状态。READ状态下支持AHB总线读操作   如果要执行擦写,第一步则在READ状态下配置SFR模块的模式寄存器(PROG或者SEC_ERASE或者CHIP_ERASE),然后状态机跳转至WAIT_WR状态(注:在WAIT_WR状态也支持AHB总线读操作)   第二步当AHB总线有写操作,则状态机跳转至对应的PROG或SEC_ERASE或CHIP_ERASE状态,开始对应的擦写时序转化。时序转化结束后,PROG跳转到TRCV_P,SEC_ERASE和CHIP_ERASE跳转到TRCV_E。之后跳转到TRW状态,结束后返回READ状态   AMBA AHB总线的写数据总线用来将数据从主机传输到从机上,而读数据总线用来将数据从从机传输到主机上   AHB总线基本传输包含两个截然不同的部分:地址相位,只持续单个周期;数据相位,可能需要多个周期,这通过使用hready信号实现   地址不长期有效,所以所有从机必须在这个时段(传输地址时)采样地址。然而,通过hready信号可以延长数据。当该信号为低时导致在传输中插入等待状态同时允许从机有额外的时间提供或者采样数据   图8表示最简单的传输,没有等待状态。在这个没有等待状态的简单传输中,主机在HCLK的上升沿之后将地址和控制信号驱动到总线上;然后在时钟的下一个上升沿从机采样地址和控制信息;在从机采样了地址和控制信号后能够开始驱动适当的响应并且该响应被总线主机在第三个时钟的上升沿采样   图9为具有等待状态的传输。从机插入等待周期(HREADY拉低)到任意传输中,这样扩展了传输完成允许的附加时间。对写操作而言,总线主机必须保持数据在整个扩展周期中稳定   Flash控制器设计的擦写模式状态跳转利用了数据相位扩展阶段数据保持的原理   以Flash写操作为例,如果模式寄存器放在Peripheral区APB总线访问,则CPU SBus配置完PROG模式寄存器(访问Peripheral区),准备开始PROG时序转换时,CPU IBus/DBus可能还在读取Flash操作中(访问Code区),这样控制器状态机需要等待判断读结束才能跳转,控制不好可能Flash的PROG写操作和读操作会冲突   如果模式寄存器放在Code区,则会避免这种情况。配置写模式寄存器的总线是CPU DBus(访问Code区),配置同时必然不会有读Flash(IBus/DBus访问Code区)的操作,因此下一刻即可以开始进行状态机从READ到WAIT_WR或WAIT_WR到PROG的跳转,WAIT_WR跳转到PROG后会开始Flash PROG时序转化   Flash读操作,控制器可以直接将AHB总线读操作进行Flash读时序转换。Flash控制器的READ状态和WAIT_WR状态都支持AHB总线读操作   控制器在PROG状态可以完成Flash写操作的时序转化,采用hready拉总线方式   进入PROG状态需要CPU执行两步总线写操作,第一步,总线配置写模式,第二步,总线写操作给出写地址,写数据的采样利用的就是AHB总线写操作的数据在扩展周期稳定的原理   (2)在WAIT_WR状态,向目的地址发起AHB总线写,状态机跳转到PROG状态,同时锁定总线的写地址,然后利用hready拉低时数据保持的原理,锁定总线的写数据,然后进行PROG时序转化   (3)在PROG状态,PROG信号拉高,PROG2产生写脉冲,完成word的写入。之后hready信号被释放拉高,状态机跳到TRCV_P,之后TRW,返回READ态   注:如果在PROG状态有AHB总线读操作,hready会被拉低,读控制信号和读地址被锁存,持续到编程时间结束,直到返回READ态,正确返回读结果   进入擦除操作需要CPU执行两步总线写操作,第一步,配置擦除模式,第二步,总线写操作给出擦除地址,对于扇区擦除,总线写操作地址即是擦除地址,片擦除可以是任意地址   (2)在WAIT_WR状态,向目的扇区地址发起AHB总线写,状态机跳转到SEC_ERASE状态,同时锁定总线的写地址,提取待擦除的扇区地址,然后hready信号拉低,进行扇区擦除时序转化   (3)在SEC_ERASE状态,ERASE信号拉高,WEB信号拉低,ERASE信号持续时间达到配置Thv的值时,状态机跳到TRCV_E,之后TRW,返回READ态   Flash自编程操作即是Flash写程序在Flash内部执行,同时对Flash其他区域进行扇区擦除和写操作的过程   CPU每执行一条指令的操作一般分为取指令、分析指令、执行指令。转化为对Flash的操作就是读或写。利用写Flash操作之后hready拉低,锁定总线,进行Flash读写时序转化   (2)发起总线写操作,配置扇区擦除模式寄存器(从READ跳转到WAIT_WR)   (5)hready拉低,锁定总线,同时从总线写地址高bit提取Flash扇区地址(当前总线写数据不必关心),然后发起扇区擦除时序转化   (2)发起总线写操作,配置写模式寄存器(从READ跳转到WAIT_WR)   (5)hready拉低,锁定总线,同时锁定总线当前地址作为写地址,利用hready拉低AHB总线数据扩展周期期间写数据不变原理锁定当前写数据,发起word写时序转化   正常情况下Flash Bank0位于低地址区域,FlashBank1位于高地址区域。正常启动时CPU从Bank0低地址区域开始执行程序,如图16所示   在IAP流程中,如果判断待升级程序容量小于一个Bank容量,则可以使用这种快速在线升级方法,Boot-loader IAP程序放在Flash Bank0,将用户程序USER APP程序写入Flash Bank1中,然后写入更新标志位(标志位放在Flash NVR区)。发起系统软复位,硬件将地址重映射,系统从Bank1高地址区域开始执行程序,如图17所示   Flash器件要在系统中正常工作,读写擦除的时序参数要满足器件要求。而Flash控制器根据系统的要求,必须能在多种频率下进行正常读写和擦除,这些时序参数值是内部若干个counter计数器根据频率产生的。如果在每个特定频率下,用软件进行一一重新配置所有的时序参数是比较繁琐的   Flash读操作的各时序参数设计上已经给出默认值,能保证系统启动正常工作。需要考虑的主要参数是tAA,表示AE有效到dout数据有效的选通时间,Flash器件要求必须大于35 ns。本控制器设计了读延迟参数值read_latency_cnt,根据不同频率可以配置不同值以满足要求并得到最快访问速度。比如在Flash控制器工作时钟为100 MHz时,周期为10 ns,为满足大于35 ns的时间,read_latency_cnt最小值需要配置为4。读时序参数如表2所示   擦写时序各时序参数值设计上已经给出默认值,能保证系统启动正常工作。当系统工作频率变化时,擦写的各时序参数值也要满足器件要求   本控制器设计了工作频率寄存器T1US_REF,含义是1 μs需要多少个时钟周期,如果为60 MHz,则配置该寄存器为60,如果为100 MHz,则配置该寄存器为100。内部的微秒级的各时序参数会自动以该寄存器为基准同步变化,这样就减少了软件根据不同频率频繁修改多个时序参数寄存器的复杂度。擦写时序参数如表3所示   (1)利用AMBA AHB hready信号为低时数据相位扩展的原理,支持Flash在线编程,执行过程中支持Flash读操作   (2)在IAP程序跳转USER APP程序时不需要中断向量表重定向,直接硬件地址映射实现   (3)通过设定1 μs工作频率配置寄存器,硬件自动计算满足不同频率下的正常擦写时序参数,减少了软件逐个配置多个时序参数的复杂度   验证,且在UMC55 nm工艺上流片成功,芯片样品经过测试,Flash控制器功能良好,方便使用。参考文献   [1] 谢同同,李天阳。一种嵌入式NOR Flash 控制器IP的设计[J]。电子与封装,2016(7):18-21,43   [2] 田鹏,聂泽东,张正平,等。一种兼容AHB总线的Nor Flash控制器IP设计[J]。微电子学与   ,2013(6):88-91,96.[3] 周芝梅,赵东艳,张海峰,等。基于IR46标准的双芯电能表主控关键技术研究[J]。电子技术应用,2017,43(10):7-11,19   [4] 蒋劲松,黄凯,陈辰,等。基于预取和缓存原理的片上Flash加速控制器设计[J]。计算机工程与科学,2016(12):2381-2391   主题简介:本次直播主要讲解四轴机器人控制器基本原理及组成。四轴机器人的核心技术内嵌人工智能算法的工业级运动控制技术和伺服   图1所示电路提供一个双通道、通道间隔离的热电偶或RTD输入,适用于可编程逻辑控制器(PLC)和分布式...   分析在Apex软件环境下,SHARC处理器阵列板与MVME2700单板机基于VME总线的交互通信机制...   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